【正文】 and now, campus work needs to be planed and designed again. building of a multiservicebased and plex campus work system， its scale of investment is very large， needing for an effective means of pairs of campus work planning,design,and mathematical modeling approach is too plicated, through experience,the planning and designing method is not reliable and not suited to the growing work needs, using work simulation software to model the work model and simulation has bee an inevitable choice. The main task of this research is through OPNET simulation software , for China39。 網絡仿真是進行網絡技術研究的一種基本手段。在 在新技術的研究過程中，由于各種原因，實際網絡系統(tǒng)的實現(xiàn)往往是代價較高或是不現(xiàn)實的。 網絡仿真技術是一種通過建立網絡設備，鏈路和協(xié)議模型，模擬網絡流量的傳輸，從而獲取網絡設計中所需要的網絡性能數(shù)據(jù)的仿真技術。 校園網是現(xiàn)代化教學的基礎性設施，作為實施教育信息化有效載體，對保障學校教育教學和科研管理等工作的正常有序進行，實現(xiàn)校際交流和資源共享方面，起著至關重要的作用，并將直接影響到教育信息化建設的質量。美國在 1999年就已有 95％的中小學上網；瑞典也有 90％以上的公立高中和絕大部分的九年制義務教育學校聯(lián)網。 廣西大學學士學位論文 基于 OPNET的校園網仿真 2 但受當時資金和技術條件的限制，我國早期建成的很多校園網結構、規(guī)模和應用都不是很完整，在校園網選型和設備配置方面都欠佳。隨著各學校規(guī)模的不斷擴大，網絡應用需求的不斷增加，原有網絡負載日益 繁重；與此同時，網絡技術也飛速發(fā)展、日新月異，猶其是圖像、語音、視頻這些帶寬要求高、實時性強的業(yè)務應用越來越多，漸漸超出了原有網絡的承載能力，許多校園網面臨升級改造問題 [18]。 為此利用 OPNTE網絡仿真軟件對校園網進行仿真，以傳統(tǒng)大學校園網結構為依托，針對網絡中主交換機的性能情況作為研究校園網的切入點，通過對仿真結果的分析，根據(jù)分析結果提出對網絡改造方案，再次應用網絡仿真軟件測試改造后交換機的數(shù)據(jù)，判斷改造后的網絡性能是否優(yōu)于原有網絡。以前主要用于網絡協(xié)議和網絡設備的開發(fā)和研究，使用者大都是大學和研究所的研究人員和開發(fā)人員，近年來網絡仿真軟件生產商紛紛把應用和開發(fā)重點 轉向網絡規(guī)劃和設計方面，將用戶由原來的研究開發(fā)人員轉向網絡規(guī)劃和設計人員。 我國的網絡仿真技術的研究從 1999年起步，這主要有兩個原因，一個是我 國數(shù)據(jù)網絡的發(fā)展較晚，對網絡仿真技術的需求相對不是十分迫切 。自 1998年以來，由于我國數(shù)據(jù)網絡迅猛發(fā)展的拉動和美國解除高端網絡仿真軟件出口限制的刺激，我國的網絡仿真研究和應用逐步起步。1998年，北京郵電大學、廣東省郵電科學技術研究院、原電子部電科院、郵電部規(guī)劃設計院等單位先后引進了先進的OPNET網絡仿真軟件，開展網絡協(xié)議開發(fā)、網絡規(guī) 劃設計應用等方面的研究工作 [8]。 全文分為五章，章節(jié)安排如下： 第一章是緒論，概述了本論文研究的背景及其意義，介紹了國內外網絡仿真技術的現(xiàn)狀與水平以及教育信息化和校園網的建 設的使用情況。 第三章是校園網性能評價指標，主要介紹了常用的網絡性能評價指標，以及這些指標的分析方法以及可能影響這些指標的因素。 第五章是校園網建模及仿真分析，通過需求分析，網絡建模，業(yè)務配置完成校園網的建模，運行仿真并分析數(shù)據(jù)。 廣西大學學士學位論文 基于 OPNET的校園網仿真 4 第二章 仿真軟件 OPNET OPNET 仿真平臺簡介 OPNET最早是在 1986年由麻省理工大學的兩個博士創(chuàng)建的，并發(fā)現(xiàn)其對于網絡模擬非常的有用，因此于 1987年建立了商業(yè)化的 OPNET。 成千上萬的組織使用 OPNET軟件來優(yōu)化網絡性能、最大限度地提高通信網絡和應用的可用性。它的產品 線除了 Modeler外，還包括 IT Guru、 SP Guru、OPNET Development Kit 和 WDM Guru等 [10]。 Modeler調用已經建好的標準模擬組網，在某些業(yè)務達不到服務質量的時候，Modeler捕捉重要的流量進行分析，從業(yè)務，網絡，服務器三方面找出瓶頸。 Modeler焦點放在整個業(yè)務層流量的模擬，使運營商有效的查處業(yè)務配置中產生的錯誤。 OPNET支持面向對象的建模方式，并提供圖形化的編輯界面，更便于用戶使用；采用離散事件驅動的模擬機理，使計算效率得到了很大提高；將基于包的分析方法和基于統(tǒng)計的數(shù)學建模方法結合起來，大大加快了仿真效率，而且可以得到非常細節(jié)化的模擬結果；在物件拼盤中，包含了詳盡的模型庫， 包括：路由器、交換機、服務器、客戶機、 ATM設備、 DSL設備等，還有其它廠商提供的配備，隨著 OPNET版本的提高模型庫也不斷增加。 廣西大學學士學位論文 基于 OPNET的校園網仿真 5 OPNET 仿真關鍵技術 三層建模機制 網絡是復雜的系統(tǒng)， OPNET Modeler建模采用層次化和模塊化的方式，將復雜的體系分解為不同的層次結 構，每層完成一定的功能，一層內又由多個模塊組成，每個模塊完成更小的任務。其次為節(jié)點模型，其用來定義結點的內部結構，由發(fā)信機模塊，接收機模塊，處理機模塊，隊列模塊及包流，統(tǒng)計線等連接組成，反映服務特性 。三層模型與實際的協(xié)議、設備、網絡三層完全對應，全面反映了網絡的相關特性 [6]。 圖 21 層次化的建模 網絡模型、結點模型和進程模型分別在相應的項目編輯器、結點編輯器和進程編輯器中完成。每個仿真時間點上可以同時出現(xiàn)多個事件，事件的發(fā)生可以有疏密的區(qū)別。 仿真中的各個模塊之間通過事件中斷方式傳遞事件信息。 仿真調度機制 在 OPNET中使用基于事件列表的調度機制，合理安排調度事件，以便執(zhí)行合理的進程來仿真網絡系統(tǒng)的行為。當一個事件執(zhí)行后將從事件列表中刪除該事件。仿真控制權伴隨中斷不斷地在仿真核與模塊之間轉移。 廣西大學學士學位論文 基于 OPNET的校園網仿真 8 （ 2）按照事件的重要程度，為事件設置不同的優(yōu)先權，優(yōu)先權高的先處理。如網絡通信吞吐量、鏈路利用率、設備利用率、端到端延遲等。 收集統(tǒng)計量：根據(jù)要研究的問題和目標，收集要用于仿真模型實現(xiàn)和驗證的相關統(tǒng)計數(shù)據(jù)。 保存項目運行仿真：利用仿真工具進行仿真實驗，以得到所需要的數(shù)據(jù)。 調試再仿真：分析仿真數(shù)據(jù)，找出瓶頸，然后通過修改拓撲結構、更新設備、修改協(xié)議等方法得到新的仿真場景，再次運行仿真。 廣西大學學士學位論文 基于 OPNET的校園網仿真 9 第三章 校園網性能評價指標 校園網性能穩(wěn)定與否關系到學校教育、教學、科研和管理等工作能否正常有序進行。而要對校園網性能進行分析評價，必須要有一定的衡量標準，即需要確定一組網絡性能評價指標 [17]。本文將介紹幾個常用的描述網絡性能的指標，它同樣適用于校園網。如：從用戶點擊一個 URL，到接收到相應的頁面 所經歷的時間，就是 WEB服務的響應時間。在主 /從式網絡結構中響應時間是由輪詢延遲、鏈路延遲、設備延遲和 CPU延遲四部分所需時間的總和。如在 Email和 FTP應用中，要求數(shù)據(jù)的準確性高，但對響應時間則要求很低 。 網絡延遲 網絡延遲 是指將數(shù)據(jù)從一端發(fā)送到另一端的時間，是一個廣泛使用的廣西大學學士學位論文 基于 OPNET的校園網仿真 10 性能指標。比如 IP語音系統(tǒng)（ VOIP）和視頻點播系統(tǒng)（ VOD），為達到用戶期望的語音和視頻質量，要求盡可能小的端到端延遲時間。在服務器端，如果服務器閑，則響應快，忙則響應慢：在網絡設備上，如果 網絡路徑無擁塞，則在路由器上排隊時間短，否則時間延長；在網絡傳輸中，由鏈路故障引起的路由變化也可能導致數(shù)據(jù)包往返路徑不一致，從而影響傳輸時間。 延遲變化 延遲變化是指網絡傳輸延遲的時間變化，即抖動。 造成抖動的原因主要有 3個： 網絡拓撲變化造成的傳播延遲變化； 數(shù)據(jù)包處理要求不同帶來的交換延遲變化； 因隊列的空和隊列的滿而 引起的調度處理延遲變化。 吞吐量 網絡的吞吐量（ Throughput）是衡量網絡性能的一個重要參數(shù)，指單位時間內傳輸?shù)臒o差錯的數(shù)據(jù)量，通常以 bps(位 /秒 )、 Bps(字節(jié) /秒 )或 pps(包/秒 )表示。 資源利用率 資源利用率是指網絡資源的有效工作時間占整個時間的百分比。資源利用率包括各種網絡部件的利用率：如信道利用率、內存利用率、 CPU利用率、網絡利用率等。另外，資源利用率也是預測網絡性能變化的最有效途徑，從經驗來看， CPU利用率最好在 30%40%，超過這個界限，網絡性能會急劇下降，而網絡利用率大約為 30%70%時，可保證有突發(fā)業(yè)務時仍有足夠的帶寬可用。數(shù) 據(jù)包丟失一般是由網絡擁塞引起的。超過 15%的丟包率可能導致網絡不可用。比如一些實時應用或流媒體業(yè)務，如VOIP，就可以忍受少量的丟包，并且也不需重發(fā)丟失的包；另外， TCP協(xié)議正是靠檢測丟包發(fā)現(xiàn)網絡擁塞的，這時它會以便低的速率重發(fā)丟失的包。與前面所闡述的動態(tài)指標不同，它們是一種靜態(tài)指標。一般用平均無故障廣西大學學士學位論文 基于 OPNET的校園網仿真 12 時間（ MTBF， Mean Time Between Failures）表示。為了提高網絡的可靠性，網絡中對關鍵部件往往設置冗余備份。通常用平均修復時間（ MTTR）表示。最理想的情況是 MTBF值大，而 MTTR值小，即可靠性高，一般不出現(xiàn)故障，一旦出現(xiàn)故障能馬上修復 [5]。不同拓樸結構的網絡，其可靠性和延遲等性能會有所不同。 網絡的帶寬。 網絡的輸入負載。輸入負載的增加引起信道擁擠，時延增加，嚴重的還會因為碰撞加劇或緩沖溢出引起重發(fā)而阻塞信道。網絡節(jié)點增多時，傳輸業(yè)務時延加大，網絡時延增加，網絡負載加重，從而使網絡性能下降。網絡節(jié)點和鏈路的幾何位置就是網絡的拓撲結構，也就是指網絡中的網絡單元的地理分布和互聯(lián)關系的幾何構形 [11]。 星型拓撲結構 星型拓撲是由中央結點為中心與各結點連接組成的，多結點與中央結點通過點到點的方式連接。缺點是：網絡共享能力較差；通信線路利用率不高；中央結點負荷太重；網絡可靠性低。 總線拓撲結構 環(huán)型結構由網絡中 若干節(jié)點通過點到總線結構是指各工作站和服務器均掛在一條總線上，各工作站地位平等，無中心節(jié)點控制，公用總線上的信息多以基帶形式串行傳遞，其傳遞方向總是從發(fā)送信息的節(jié)點開始向兩端擴散，如同廣播電臺發(fā)射的信息一樣，因此又稱廣播式計算機網絡。 總線型結構的網絡優(yōu)點是：結構簡單靈活，便于擴充；信道利用率高；傳輸速率高。 環(huán)型拓撲結構 點鏈路首尾相連形成一個閉 合的環(huán)，數(shù)據(jù)在環(huán)路中沿著一個方向在各個節(jié)點間傳輸。 網狀型拓撲結構 在網狀型拓撲結構中，網絡的每臺設備之間均有點到點的鏈路連接，這種連接不經濟，只有每個站點 都要頻繁發(fā)送信息時才使用這種方法。 現(xiàn)在的校園網多使用星型或樹型的拓撲結構，總線局域網已基本被星型所代替。它是最簡單的網絡互連設備。 中繼器的特點有： 1) 中繼器可以重發(fā)信號，這樣可以擴展網段的距離。 3) 中繼器工作在網絡體系結構模型的最低層物理層。 5) 由中繼器連接的網段構成一個更大的網段，并且有著相同的網絡地址，屬于一個沖突域。 7) 中繼器以它相連的網絡同 樣的速度發(fā)送數(shù)據(jù)。集線器可分為獨立式、疊加式、智能模塊化，有 8端口、 16端口、 24端口多種規(guī)格，集線器支持的數(shù)據(jù)傳輸率為 10Mbps或100Mbps。隨著網絡交換技術的發(fā)展，集線器正逐步為交換機所取代 [12]。交換機可以連接不同的局域網和局域網網段，并劃分局域網的沖突域為多個，